陳頡

（安康學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，陜西 安康 725000）

基于IPV6和GPRS的智能報(bào)警系統(tǒng)

陳頡

（安康學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，陜西 安康 725000）

針對(duì)傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)存在的諸如可靠性較差、易誤報(bào)、易破壞、處理時(shí)間延后等問(wèn)題，提出一種基于IPV6和GPRS技術(shù)的家庭智能報(bào)警系統(tǒng)。討論了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，證明系統(tǒng)性能穩(wěn)定、靈敏度高、安防效果良好。該設(shè)計(jì)思想為智能家居系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了參考價(jià)值。

智能報(bào)警系統(tǒng)；IPV6；GPRS；智能家居

隨著人們生活水平的不斷提高，保護(hù)住宅安全也成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問(wèn)題[1-3]。傳統(tǒng)的依靠防盜門、防盜窗等措施來(lái)保護(hù)家庭財(cái)產(chǎn)安全的方法存在著諸如防護(hù)力度弱、靈敏性差、可靠性低等缺陷[4-6]。因此，一款具有智能化和自動(dòng)化的家庭安防系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)顯得尤為迫切。IPV6、GPRS和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得智能家居系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成為現(xiàn)實(shí)并且已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生活中[7-9]。

本設(shè)計(jì)提出了一種基于IPV6和GPRS技術(shù)的智能報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)房屋安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警。系統(tǒng)使用熱釋電紅外傳感器檢測(cè)屋內(nèi)是否有人非法侵入，使用煙霧傳感器檢測(cè)是否發(fā)生火災(zāi)，使用氣體傳感器檢測(cè)是否有可燃?xì)怏w泄漏。檢測(cè)數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)STC89C52，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，若有異常，通過(guò)GPRS模塊向主人發(fā)送短信報(bào)警。該智能報(bào)警系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境變化及時(shí)做出反應(yīng)，從而保證家居環(huán)境的安全。

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于IPV6、GPRS和CC2530單片機(jī)技術(shù)，主要的模塊有熱釋電紅外傳感模塊、可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊和GPRS短信報(bào)警模塊。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體框架圖

在家庭這一特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，IPv6網(wǎng)絡(luò)將比IPv4網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在可以為每個(gè)家電分配一個(gè)IP地址和提供更安全的家庭網(wǎng)絡(luò)使用兩個(gè)方面[10-11]。因此，系統(tǒng)通信過(guò)程采用IPV6協(xié)議，使用IPV6數(shù)據(jù)包格式對(duì)系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行打包和傳送。

1.2熱釋電紅外傳感模塊設(shè)計(jì)

熱釋電紅外傳感模塊主要用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)是否有人非法侵入，由熱釋電紅外傳感器RE200B和BISS0001處理芯片構(gòu)成。熱釋電紅外處理芯片BISS0001具有較高的處理傳感信號(hào)性能，是由運(yùn)放器，電壓比較器、狀態(tài)控制器、延時(shí)時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器構(gòu)成的數(shù)/模專用集成電路，穩(wěn)定性高，調(diào)節(jié)范圍廣[12]。電路如圖2所示。

當(dāng)有人進(jìn)入熱釋電紅外傳感器的掃描范圍內(nèi)，RE200B傳感器會(huì)產(chǎn)生微弱的電壓變化，觸發(fā)芯片 BISS0001，經(jīng)過(guò)BISS0001的兩級(jí)放大后，在VO信號(hào)輸出端產(chǎn)生3.3 V左右的電壓；當(dāng)沒(méi)有人進(jìn)入時(shí)，VO端輸出0 V，輸出電壓送入單片機(jī)進(jìn)行判斷和處理，實(shí)現(xiàn)了人體檢測(cè)。

圖2　人體檢測(cè)模塊電路圖

1.3可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊用于檢測(cè)房間內(nèi)是否有可燃?xì)怏w泄漏，使用MQ-2氣體傳感器實(shí)現(xiàn)。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[13]。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。MQ-2氣體傳感器電路如圖3所示。

圖3　MQ-2氣體傳感器電路圖

1.4煙霧檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

煙霧檢測(cè)模塊用于檢測(cè)房間內(nèi)是否發(fā)生了火災(zāi)，該模塊使用NIS-07煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)。NIS-07離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中。傳感器通過(guò)電離室的電壓變化來(lái)感知煙霧粒子。宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加，引起電離室兩端的電壓增大[14]。煙霧傳感器的電路如圖4所示，當(dāng)未檢測(cè)到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出低電平；當(dāng)檢測(cè)到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出5 V高電平。

圖4　煙霧傳感器電路圖

1.5GPRS短信報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

GPRS模塊采用華為MG323通訊芯片，利用無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。模塊具備TCP/IP協(xié)議棧，可以利用它實(shí)現(xiàn)無(wú)線上網(wǎng)[15]。模塊使用標(biāo)準(zhǔn)的UART串行通訊接口與主芯片CC2530進(jìn)行通訊。當(dāng)熱釋電紅外模塊、可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊或者煙霧檢測(cè)模塊被觸發(fā)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，通過(guò)IPV6網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給CC2530單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行分析和處理，以判斷信號(hào)來(lái)源和災(zāi)情類型。然后通過(guò)串口向GPRS模組發(fā)送AT指令，命令GPRS模塊將此報(bào)警信號(hào)編輯為相應(yīng)短信，發(fā)送給已設(shè)定的手機(jī)用戶。

GPRS模塊硬件接口圖5所示，其中，RXD1連接單片機(jī)的TXD1，TXD1連接單片機(jī)的RXD1。

圖5　GPRS模塊電路圖

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的目的是利用單片機(jī)控制GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)防盜、防火、防可燃?xì)怏w泄漏的功能。系統(tǒng)使用匯編語(yǔ)言和C為編程語(yǔ)言，分模塊編寫和調(diào)試，然后再綜合所有模塊，進(jìn)行調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)主要包括4部分的內(nèi)容：熱釋電紅外子程序、可燃?xì)怏w檢測(cè)子程序、煙霧檢測(cè)子程序以及單片機(jī)與GPRS通信程序。系統(tǒng)主程序流程如圖6所示，系統(tǒng)啟動(dòng)之后，首先進(jìn)行初始化操作，為了能夠及時(shí)對(duì)非法入侵、火災(zāi)和可燃?xì)怏w泄漏信息進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)采用中斷技術(shù)，使用單片機(jī)定時(shí)中斷T0，每隔500 ms中斷一次。打開(kāi)中斷后，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行工作，當(dāng)3個(gè)檢測(cè)模塊之一被觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用GPRS短信發(fā)送程序向預(yù)設(shè)的主任手機(jī)發(fā)送短信，從而保護(hù)了住宅安全。

圖6　程序流程圖

3　系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)完成后，對(duì)各模塊進(jìn)行測(cè)試。接通電源后，系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)人體靠近熱釋電紅外模塊時(shí)，GPRS發(fā)送短信到預(yù)設(shè)手機(jī)，表明人體檢測(cè)模塊功能正常；然后，對(duì)是否能夠檢測(cè)到火災(zāi)進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)將點(diǎn)燃的布條靠近煙霧檢測(cè)模塊時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并且發(fā)送短信息，表明系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)火災(zāi)信息；當(dāng)使用打火機(jī)在燃?xì)夤?jié)點(diǎn)上釋放氣體時(shí)，產(chǎn)生燃?xì)鈭?bào)警短信。因此，該系統(tǒng)的各個(gè)模塊功能均正常。

4　結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的基于IPV6和GPRS技術(shù)的智能安防報(bào)警系統(tǒng)，能夠智能防盜、防火、防煤氣泄漏，保護(hù)了家庭住宅的安全。當(dāng)房間內(nèi)有非法入侵者或者發(fā)生火災(zāi)、可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送信息或者呼叫主人手機(jī)。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化，實(shí)用性強(qiáng)，使用簡(jiǎn)單實(shí)用的傳感器，易于實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)為基于IPV6的智能家居系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考價(jià)值。

[1]唐虹，陳向陽(yáng).基于GPRS的遠(yuǎn)程智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2008，13（1）:80-82.

[2]丁波，鐘星德.基于GPRS的烤房溫濕度遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2013（5）:30-32.

[3]李昊然，陳曉鈺.基于80C51的智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（5）:226-228.

[4]王佳丹，姚崇高.基于IPv6家庭網(wǎng)關(guān)中智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2006（12）:53-55.

[5]王佳丹.基于IPv6智能社區(qū)報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（3）:120-124.

[6]潘海迪.基于IPV6的智能家居控制器和通信協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn)[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（4）:212-216.

[7]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011（16）:75-77.

[8]張毅剛，彭喜元.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[9]曾光宇.現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2001.

[10]高洪志.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[11]趙新民.智能儀器原理及設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[12]秦曾煌.電子技術(shù)[M].6版北京:高等教育出版社.2004.

[13]Jennifer L Reed，Thuy D Vo，Christophe H Schilling.An expanded genome-scale model of Escherichia coli K-12（iJR904GSM/GPR）[D].DepartmentofBioengineering. University of california，2003.

[14]Glenna S M Tong，Igor V Kurnikov，David N Beratan. Tunneling energy effects on GC oxidation in DNA[J].The Journar of physical chemistry B，2002（9）：13387-13391.

[15]Kalden R，Meirick I，Meyer M.Wireless internet access based on GPRS[J].IEEE Personal Communications.2000，7（2）：8-18.

Intelligent alarm system based on IPV6 and GPRS

CHEN Jie
（Department of Electronic and Information Engineering，Ankang University，Ankang 725000，China）

Aiming at the existent disadvantages of the traditional security system such as low reliability，easy to false positives，easy to damage，processing time problem not in time，this paper put forward a kind of household intelligent alarm system based on IPV6 and GPRS technology.Discussed the overall design of the system，introduced the hardware design and software design of the system.The system was tested and proved that the system was performance stability、high sensitivity and had good security effect.The design ideasprovided a reference value for the development of intelligent household system and intelligent security system.

intelligent alarm system；IPV6；GPRS；smart home

TN05

A

1674－6236（2016）21-0098-03

2016-03-14稿件編號(hào)：201603162

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2014JM8358）

陳 頡（1986—），男，陜西安康人，碩士，助教。研究方向：通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)。